BR112020008165A2

BR112020008165A2 - probe sensor and method to directly measure the electrical conductivity of the soil.

Info

Publication number: BR112020008165A2
Application number: BR112020008165-5A
Authority: BR
Inventors: Michael Z. Kiss
Original assignee: Tribus, Llc
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-11-03
Also published as: IL274212A; CA3080206A1; AU2018354443A1; WO2019084516A1; US11029436B2; US20190324168A1; MX2020004387A; US20210293985A1; AU2022204085B2; AU2018354443B2; AU2022204085A1; CL2020001111A1

Abstract

Uma sonda depende de múltiplos sensores, os quais são capazes de medir diretamente a umidade, a temperatura e a condutividade elétrica (CE) do solo. A sonda proposta usa transformadores de radiofrequência (RF) para sensorear mudanças na carga através da primária do transformador, que fará contato direto com o solo. A sonda contemplada aqui, mede precisamente os valores de CE em líquidos, e solos saturados com água, tendo contato direto com o meio no qual as medições são feitas. As medições rendem CE absoluta, em qualquer tipo de solo.A probe depends on multiple sensors, which are capable of directly measuring soil moisture, temperature and electrical conductivity (EC). The proposed probe uses radiofrequency (RF) transformers to sense changes in the load through the primary of the transformer, which will make direct contact with the ground. The probe contemplated here, precisely measures the values of CE in liquids, and soils saturated with water, having direct contact with the medium in which the measurements are made. The measurements yield absolute CE, in any type of soil.

Description

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PROBE SENSOR AND METHOD FOR MEASURING DIRECTLY THE SOIL ELECTRICAL CONDUCTIVITY TECHNICAL FIELD

[001] A invenção se refere, de forma geral, à medição direta da condutividade elétrica do solo.[001] The invention refers, in general, to the direct measurement of the electrical conductivity of the soil.

FUNDAMENTALS

[002] A condutividade elétrica (“CE”) do solo é uma medida da quantidade de sais no solo (salinidade do solo). Este é um indicador importante da saúde do solo. Ele afeta os rendimentos de cultivo, a adequabilidade do cultivo, a disponibilidade de nutrientes da planta e a atividade de microrganismos do solo que influenciam os processos chave de solo, incluindo a emissão de gases de efeito estufa, tais como óxidos de nitrogênio, metano e dióxido de carbono. Sais em excesso impedem o crescimento da planta afetando o equilíbrio de solo e água. Os solos contendo sais em excesso acontecem naturalmente em climas áridos e semiáridos. Os níveis de sal podem aumentar, como resultado do cultivo, da irrigação e da gestão terrestre. A CE tem sido correlacionada com concentrações de nitratos, potássio, sódio, cloreto, sulfato e amônia. Para certos solos não salinos, a determinação da CE pode ser uma maneira conveniente e econômica para estimar a quantidade de nitrogênio (N) disponível para o crescimento de plantas. Quando da irrigação, água adicional além das necessidades de cultivo pode ser usada para descarregar sais em excesso abaixo da zona da raiz e manter um nível de CE com base na tolerância do cultivo.[002] The electrical conductivity ("CE") of the soil is a measure of the amount of salts in the soil (soil salinity). This is an important indicator of soil health. It affects crop yields, crop suitability, plant nutrient availability and the activity of soil microorganisms that influence key soil processes, including the emission of greenhouse gases, such as oxides of nitrogen, methane and carbon dioxide. Excessive salts impede the growth of the plant, affecting the balance of soil and water. Soils containing excess salts occur naturally in arid and semi-arid climates. Salt levels can increase as a result of cultivation, irrigation and land management. EC has been correlated with concentrations of nitrates, potassium, sodium, chloride, sulfate and ammonia. For certain non-saline soils, EC determination can be a convenient and economical way to estimate the amount of nitrogen (N) available for plant growth. When irrigating, additional water in addition to cultivation needs can be used to discharge excess salts below the root zone and maintain an EC level based on cultivation tolerance.

[003] Em vista dos precedentes, os dados de CE rastrearão os nitratos na zona de enraizamento do cultivo, permitindo um melhor gerenciamento de nitrogênio, reduzindo a lixiviação de nitrogênio além da zona de raiz do cultivo e reduzindo a contaminação da água do solo. O monitoramento de umidade do solo e da CE também ajudará a determinar as taxas de aplicação de irrigação por toda a estação de crescimento.[003] In view of the foregoing, EC data will track nitrates in the crop rooting zone, allowing for better nitrogen management, reducing nitrogen leaching beyond the crop root zone and reducing soil water contamination. Monitoring soil moisture and EC will also help determine irrigation application rates throughout the growing season.

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[004] Infelizmente, as sondas atualmente disponíveis no mercado fazem uso de sensores capacitivos, que não fazem contato direto com o solo. Veja, por exemplo, o Apêndice, compreendendo um manual da Triscan apresentando medições de CE usando sondas capacitivas. Neste, as sondas de perfil de solo baseadas em capacitância são instaladas verticalmente no solo, e não fazem contato direto com o solo. Os sensores capacitivos são isolados do solo e instalados dentro dos “tubos de acesso” de plástico, em cada profundidade de interesse. Os valores de CE são derivados a partir das medições do “teor volumétrico de íons” que são usadas para calcular o valor de CE para cada tipo de solo específico.[004] Unfortunately, the probes currently available on the market make use of capacitive sensors, which do not make direct contact with the ground. See, for example, the Appendix, comprising a Triscan manual presenting EC measurements using capacitive probes. In this, capacitance-based soil profile probes are installed vertically on the ground, and do not make direct contact with the ground. Capacitive sensors are isolated from the ground and installed inside plastic “access tubes” at each depth of interest. The CE values are derived from the measurements of the “volumetric ion content” which are used to calculate the CE value for each specific soil type.

[005] Este método de medição de CE contém falhas, já que os tipos de solo não são homogêneos. O modelo de dados usa um teor de íons volumétrico nominal (VIC) e as unidades do VIC podem estar relacionadas somente com o solo de CE, através de amostragem e análise de solo quantitativamente específica.[005] This method of measuring EC contains flaws, since the soil types are not homogeneous. The data model uses a nominal volumetric ion content (VIC) and VIC units can be related only to CE soil, through quantitative specific sampling and soil analysis.

[006] Em vista do precedente, há uma necessidade de um sistema e método para medir a condutividade elétrica do solo de forma mais eficaz.[006] In view of the foregoing, there is a need for a system and method to measure the electrical conductivity of the soil more effectively.

SUMMARY

[007] A presente invenção, consequentemente, provê uma sonda que conta com múltiplos sensores, que são capazes de medir a umidade, a temperatura e a condutividade elétrica (CE) do solo. A sonda da invenção usará transformadores de radiofrequência (“RF”) para sensorear mudanças na carga através da primária do transformador, que fará contato direto com o solo.[007] The present invention, therefore, provides a probe that has multiple sensors, which are capable of measuring soil moisture, temperature and electrical conductivity (CE). The probe of the invention will use radiofrequency (“RF”) transformers to sense changes in the load through the primary of the transformer, which will make direct contact with the ground.

[008] A sonda contemplada aqui mede precisamente os valores de CE em solos saturados de líquidos e água por meio do contato direto com o meio no qual as medições são feitas. As medições rendem CE absoluta em qualquer tipo de solo.[008] The probe contemplated here measures precisely the CE values in soils saturated with liquids and water by means of direct contact with the medium in which the measurements are made. The measurements yield absolute CE in any type of soil.

[009] O precedente delineou de forma mais ampla as características[009] The precedent more broadly outlined the characteristics

3 / 12 e vantagens técnicas da presente invenção a fim de que a descrição detalhada da invenção a seguir possa ser melhor entendida. Características e vantagens adicionais da invenção serão descritas a seguir, as quais formam o objeto das reivindicações da invenção. Deve ser apreciado por aqueles versados na técnica que a concepção e a realização específica apresentada podem ser facilmente usadas como base para modificar ou projetar outras estruturas para a realização das mesmas finalidades da presente invenção. Deve ser também compreendido por aqueles versados na técnica que tais construções equivalentes não se afastam do espírito e escopo da invenção como apresentado nas reivindicações anexas.3/12 and technical advantages of the present invention so that the following detailed description of the invention can be better understood. Additional features and advantages of the invention will be described below, which form the subject of the claims of the invention. It should be appreciated by those skilled in the art that the specific design and realization presented can easily be used as a basis for modifying or designing other structures for the realization of the same purposes as the present invention. It should also be understood by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the invention as presented in the appended claims.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0010] Para um entendimento mais completo da presente invenção, e das vantagens da mesma, agora será realizada referência às descrições a seguir tomadas em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 exemplifica uma sonda configurada para medir a umidade, a temperatura e a condutividade elétrica do solo de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 2 é uma seção transversal da sonda da Figura 1, tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1. a Figura 3 exemplifica uma bobina sensora de condutividade elétrica para uso com a sonda da Figura 1. a Figura 4 é um diagrama de blocos que exemplifica um sistema que incorpora as características da presente invenção. a Figura 5 é um desenho esquemático de um circuito que incorpora características da presente invenção.[0010] For a more complete understanding of the present invention, and its advantages, reference will now be made to the following descriptions taken in conjunction with the attached drawings, in which: Figure 1 exemplifies a probe configured to measure humidity, soil temperature and electrical conductivity according to an embodiment of the invention; Figure 2 is a cross section of the probe in Figure 1, taken along line 2-2 in Figure 1. Figure 3 exemplifies an electrical conductivity sensor coil for use with the probe in Figure 1. Figure 4 is a diagram of blocks that exemplify a system that incorporates the characteristics of the present invention. Figure 5 is a schematic drawing of a circuit that incorporates features of the present invention.

DETAILED DESCRIPTION

[0011] Referindo-se agora aos desenhos, nos quais os elementos representados são, para fins de clareza, não necessariamente mostrados em escala e em que elementos similares ou semelhantes são designados pelo[0011] Referring now to the drawings, in which the elements represented are, for the sake of clarity, not necessarily shown in scale and in which similar or similar elements are designated by the

4 / 12 mesmo numeral de referência através das diversas vistas. Tendo em vista a concisão, elementos bem conhecidos podem ser ilustrados em forma esquemática ou em diagrama de blocos de modo que não obscureça a presente invenção em detalhes desnecessários e detalhes referentes a vários outros componentes conhecidos na técnica, tais como microprocessadores, sensores de temperatura, sensores de umidade e semelhantes necessários para a operação de muitos dispositivos elétricos, não sejam mostrados ou discutidos em detalhes, visto que esses detalhes não são considerados necessários para obter uma compreensão completa da presente invenção, e são considerados como estando dentro das habilidades de pessoas versadas na técnica relevante. Adicionalmente, como usado aqui, o termo “substancialmente” deve ser interpretado como um termo de aproximação.4/12 same reference number through the different views. For the sake of brevity, well-known elements can be illustrated schematically or in a block diagram so as not to obscure the present invention in unnecessary details and details relating to various other components known in the art, such as microprocessors, temperature sensors, humidity sensors and the like necessary for the operation of many electrical devices, are not shown or discussed in detail, as these details are not considered necessary to obtain a complete understanding of the present invention, and are considered to be within the abilities of knowledgeable people relevant technique. Additionally, as used here, the term "substantially" should be interpreted as an approximation term.

[0012] Observa-se que, a menos que de outra forma indicado, muitas funções aqui descritas podem ser realizadas por um processador tal como um microprocessador, um controlador, um microcontrolador, um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um processador de dados eletrônicos, um computador ou semelhantes de acordo com o código, tal como código de programa, software, circuitos integrados e/ou semelhantes que são codificados para realizar tais funções. Além disso, é considerado que os detalhes do projeto, do desenvolvimento e de implementação de todos tais códigos seriam evidentes para uma pessoa versada na técnica com base em uma revisão da presente descrição da invenção.[0012] It is noted that, unless otherwise indicated, many functions described herein can be performed by a processor such as a microprocessor, a controller, a microcontroller, an application specific integrated circuit (ASIC), a processor electronic data, a computer or similar according to the code, such as program code, software, integrated circuits and / or the like that are encoded to perform such functions. In addition, it is considered that the details of the design, development and implementation of all such codes would be evident to a person skilled in the art based on a review of the present description of the invention.

[0013] Com referência à Figura 1 dos desenhos, o numeral de referência 100 designa geralmente uma sonda que incorpora características da presente invenção para medir a umidade, a temperatura e a condutividade elétrica (“CE”) do solo. O sistema 100 inclui um tubo 102, preferivelmente de cerca de 2,54 cm de diâmetro externo e fabricado de um material não metálico ou plástico, tal como PVC (cloreto de polivinila), de uma maneira bem conhecida na técnica.[0013] With reference to Figure 1 of the drawings, the reference numeral 100 generally designates a probe that incorporates characteristics of the present invention to measure the humidity, temperature and electrical conductivity ("CE") of the soil. System 100 includes a tube 102, preferably about 2.54 cm in outer diameter and made of a non-metallic or plastic material, such as PVC (polyvinyl chloride), in a manner well known in the art.

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[0014] Em uma modalidade preferida, o tubo 102 inclui quatro luvas de aço inoxidável 104 de cerca de uma a duas polegadas ao longo com uma fenda 104a definida em cada um dos dois lados opostos da luva. A fenda 104a se estende longitudinalmente de maneira substancial ao longo do comprimento da luva, mas curta de todo o comprimento. Embora quatro luvas 104 sejam exemplificadas na Figura 1, mais ou menos luvas podem ser usadas conforme apropriado. As luvas 104 são, preferivelmente, eletricamente acopladas através de um fio 110 para efetuar um aterramento. Conforme discutido em maiores detalhes abaixo, as luvas 104 atuam como uma primária de um transformador de radiofrequência (“RF”) de sensor de CE.[0014] In a preferred embodiment, tube 102 includes four stainless steel gloves 104 of about one to two inches along with a slot 104a defined on each of the two opposite sides of the sleeve. Slit 104a extends substantially longitudinally along the length of the sleeve, but short across the entire length. Although four gloves 104 are exemplified in Figure 1, more or less gloves can be used as appropriate. Gloves 104 are preferably electrically coupled via wire 110 to ground. As discussed in greater detail below, gloves 104 act as a primary for a CE sensor radiofrequency (“RF”) transformer.

[0015] Um sensor de temperatura convencional 106 e sensor de umidade 108 são interpostos entre e acima de cada luva 104, e entre a parede externa do tubo 102 e a parede interna 114 (Figura 2) da sonda 100. O sensor de umidade 108 é preferivelmente do tipo que usa duas bandas de cobre relativamente largas com uma banda de cobre mais estreita entre as bandas de cobre mais largas. Tais sensores de temperatura e sensores de umidade são considerados bem conhecidos na técnica e, portanto, não serão descritos em maiores detalhes aqui, exceto na medida que for necessário descrever a invenção.[0015] A conventional temperature sensor 106 and humidity sensor 108 are interposed between and above each sleeve 104, and between the outer wall of tube 102 and the inner wall 114 (Figure 2) of probe 100. Humidity sensor 108 it is preferably of the type that uses two relatively wide copper bands with a narrower copper band between the broader copper bands. Such temperature sensors and humidity sensors are considered to be well known in the art and therefore will not be described in greater detail here, except to the extent that it is necessary to describe the invention.

[0016] A Figura 2 representa graficamente uma seção transversal da sonda da Figura 1, tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1. Conforme mostrado no seu interior, a sonda 100 inclui um tubo interno ou parede 114. Conforme mostrado, uma secundária do transformador de RF de sensor de CE 116 enrolado em uma bobina não eletricamente condutora substancialmente estável em temperatura de acetal ou similar é posicionado dentro da parede interna em alinhamento com as fendas 104a. Uma secundária distinto 116 é provido correspondente a cada primária 104, e o comprimento de cada secundária 116 se aproxima do comprimento da fenda 104a. A primária 104 do transformador de RF de sensor de CE e a secundária do transformador RF[0016] Figure 2 graphically represents a cross section of the probe in Figure 1, taken along line 2-2 of Figure 1. As shown inside, probe 100 includes an inner tube or wall 114. As shown, a secondary of the CE sensor RF transformer 116 wrapped in a non-electrically conductive coil substantially stable at acetal temperature or the like is positioned within the inner wall in alignment with the slits 104a. A distinct secondary 116 is provided corresponding to each primary 104, and the length of each secondary 116 approximates the length of the slot 104a. The primary 104 of the CE sensor RF transformer and the secondary of the RF transformer

6 / 12 de sensor de CE 116 são coletivamente referidos aqui como sensor de CE6/12 EC sensor 116 are collectively referred to here as EC sensor

120. Conforme mencionado acima e mostrado mais claramente na Figura 2, múltiplos sensores de temperatura 106 e sensores de umidade 108 são interpostos entre a parede externa do tubo 102 e a parede interna 114 da sonda120. As mentioned above and shown more clearly in Figure 2, multiple temperature sensors 106 and humidity sensors 108 are interposed between the outer wall of tube 102 and the inner wall 114 of the probe

100.100.

[0017] A Figura 4 é um diagrama de blocos de um sistema para monitorar a temperatura, a umidade e a condutividade elétrica do solo. Conforme mostrado, os sensores de CE 120 são acoplados a uma placa de circuito de CE 112 discutida em maiores detalhes abaixo em relação à Figura[0017] Figure 4 is a block diagram of a system for monitoring soil temperature, humidity and electrical conductivity. As shown, the CE 120 sensors are coupled to an EC 112 circuit board discussed in greater detail below in relation to the Figure

5. A placa de CE 112 gera uma saída para um conversor analógico-para- digital (“A/D”) 113, o qual então converte o sinal analógico em um sinal digital que é transmitido a um microprocessador 130. Adicionalmente ainda, conforme indicado pelas setas em cada sensor de CE 120 e uma seta correspondente ao microprocessador 130, cada sensor de CE 120 gera um sinal diretamente para o conversor A/D 113, o qual converte o sinal analógico em um sinal digital que é transmitido diretamente para o microprocessador5. The CE board 112 generates an output for an analog-to-digital converter (“A / D”) 113, which then converts the analog signal into a digital signal that is transmitted to a microprocessor 130. Additionally, as indicated by the arrows on each CE sensor 120 and an arrow corresponding to microprocessor 130, each CE sensor 120 generates a signal directly to the A / D converter 113, which converts the analog signal into a digital signal that is transmitted directly to the microprocessor

130.130.

[0018] Os sensores de temperatura múltipla 106 geram múltiplos sinais, preferivelmente, para um multiplexador 122, que então transmite um único sinal para um conversor de capacitância para digital 124, tal como um AD7745, que converte a capacitância real em um sinal digital compatível com, e transmitido ao microprocessador 130. Múltiplos sensores de umidade 108 geram múltiplos sinais preferivelmente para um multiplexador 126, que então transmite um único sinal para um dispositivo analógico 128, tal como um AD8515, que expande a capacidade do AD7745 para permitir que sejam processados valores de capacitância mais altos, que por sua vez geram um sinal para o conversor 124, o qual, por sua vez, gera um sinal para o microprocessador 130.[0018] Multiple temperature sensors 106 generate multiple signals, preferably to a multiplexer 122, which then transmits a single signal to a capacitance to digital converter 124, such as an AD7745, which converts the actual capacitance into a compatible digital signal com, and transmitted to microprocessor 130. Multiple humidity sensors 108 generate multiple signals preferably for a multiplexer 126, which then transmits a single signal to an analog device 128, such as an AD8515, which expands the capacity of the AD7745 to allow it to be processed higher capacitance values, which in turn generate a signal for converter 124, which in turn generates a signal for microprocessor 130.

[0019] O microprocessador 130 recebe sinais de sensores de CE 120[0019] Microprocessor 130 receives signals from CE 120 sensors

7 / 12 da placa de CE 112, a partir dos sensores de temperatura 106, e dos sensores de umidade 108, e destes sinais gera um sinal de dados seriais 132 compreendendo informação de condutividade elétrica, de temperatura e de umidade. A título de exemplo, o sinal de dados seriais 132 se conforma com RS-232, RS-485 e/ou SDI-12, e é transmitido, preferivelmente através de um transceptor de rádio 134, para uma instalação de monitoramento central (não mostrada).7/12 of the CE plate 112, from temperature sensors 106, and humidity sensors 108, and from these signals generates a serial data signal 132 comprising electrical conductivity, temperature and humidity information. For example, the serial data signal 132 conforms to RS-232, RS-485 and / or SDI-12, and is transmitted, preferably via a radio transceiver 134, to a central monitoring facility (not shown) ).

[0020] Em uma modalidade preferida, todos os componentes da Figura 4, exceto pelo transceptor de rádio 134, são alojados dentro da sonda 100, preferivelmente próximo da placa de CE 112.[0020] In a preferred embodiment, all components of Figure 4, except for the radio transceiver 134, are housed inside the probe 100, preferably close to the CE plate 112.

[0021] A Figura 5 exemplifica uma placa de circuito de CE, em que: a saída de um regulador de voltagem (+5 VCC) é provida a todos os elementos do circuito que requerem uma voltagem estável.[0021] Figure 5 exemplifies an EC circuit board, in which: the output of a voltage regulator (+5 VDC) is provided to all elements of the circuit that require a stable voltage.

[0022] A frequência (Fx) de um ressonador de 4 Mhz, com capacitores de carga embutidos, é usada como a referência para uma das entradas do detector de quadratura (U4). A frequência de oscilador derivada (FQ) do oscilador (Q1) serve como a outra entrada para o detector de quadratura. Ocorre uma condição de travamento quando FQ e Fx estão dentro de uma fase de 90 graus entre si.[0022] The frequency (Fx) of a 4 Mhz resonator, with built-in charge capacitors, is used as the reference for one of the quadrature detector inputs (U4). The derived oscillator frequency (FQ) of the oscillator (Q1) serves as the other input for the quadrature detector. A locking condition occurs when FQ and Fx are within a 90 degree phase with each other.

[0023] Uma vez travada, a saída de U3B, uma voltagem de CC positiva, serve como a voltagem de saída de AFC (Controle Automático De Frequência). Esta voltagem é adicionada à voltagem de RF através dos diodos de sintonização de varactor D1 e D5 para manter a “trava” da extremidade do cátodo. A voltagem de AFC de solicitação reversa fará com que os diodos de sintonização mudem sua capacitância inversamente com esta voltagem, o que causará a elevação ou abaixamento sua capacitância, para manter o circuito do tanque de osciladores LC sintonizado em Fx, muito parecido como um servo de cc.[0023] Once locked, the output of U3B, a positive DC voltage, serves as the output voltage of AFC (Automatic Frequency Control). This voltage is added to the RF voltage via the varactor tuning diodes D1 and D5 to maintain the cathode end “lock”. The reverse request AFC voltage will cause the tuning diodes to change their capacitance inversely with this voltage, which will cause their capacitance to rise or lower, to keep the circuit of the Fx-tuned LC oscillator tank much like a servo. of cc.

[0024] Os diodos de sintonização D7 e D8 são usados para definir[0024] The tuning diodes D7 and D8 are used to define

8 / 12 inicialmente o Fo do circuito do tanque de LC no centro da faixa de bloqueio do AFC. Isto permite a captura automática quando o circuito de CE é ligado.8/12 initially the Fo of the LC tank circuit in the center of the AFC blocking range. This allows for automatic capture when the CE circuit is connected.

[0025] A indutância do circuito do tanque de LC é composta da indutância da bobina primária do transformador de sensor. A capacitância equivalente é a soma da: capacitância de D7 e D8, + C2, + C2a, + a capacitância de D1 e D5, + C4.[0025] The inductance of the LC tank circuit is composed of the inductance of the primary coil of the sensor transformer. The equivalent capacitance is the sum of: capacitance of D7 and D8, + C2, + C2a, + the capacitance of D1 and D5, + C4.

[0026] O valor da indutância, para cada um dos sensores de CE, é alterado pela carga da condutividade do solo. Isto altera a frequência ressonante da malha. A malha de captura de fase (“PLL”) é “sintonizada” pelos varactores até que a frequência ressonante da malha com o indutor carregado seja a mesma que a frequência da malha com indutores descarregados (em funcionamento).[0026] The value of the inductance, for each of the CE sensors, is changed by the load of the conductivity of the soil. This changes the resonant frequency of the loop. The phase capture loop (“PLL”) is “tuned” by the varactors until the resonant frequency of the loop with the charged inductor is the same as the frequency of the loop with unloaded inductors (in operation).

[0027] O diodo D2 é um detector de pico de alta impedância da voltagem de RF do circuito de tanque do LC. A voltagem de saída do detector de pico derivado é através do resistor de carga R19 e do capacitor de filtro C6.[0027] D2 diode is a high impedance peak detector of the RF voltage of the LC tank circuit. The output voltage of the derived peak detector is through the load resistor R19 and the filter capacitor C6.

[0028] A voltagem de saída do detector de pico derivado e a voltagem de compensação de temperatura que é aplicada ao D3, são usadas para acionar o amplificador regulador U3A, que regula a diferença de erro entre os diodos D2 e D3, e resulta em uma voltagem de saída relativamente constante através da faixa operacional.[0028] The output voltage of the derived peak detector and the temperature compensation voltage that is applied to the D3, are used to drive the regulating amplifier U3A, which regulates the error difference between the diodes D2 and D3, and results in a relatively constant output voltage across the operating range.

[0029] O amplificador regulador U3A aciona a fonte de corrente Q2, que por sua vez aciona o oscilador Q1.[0029] The regulating amplifier U3A drives the current source Q2, which in turn drives the oscillator Q1.

[0030] A voltagem inicial na base do Q1 (em funcionamento) deve estar na faixa de 3,80 a 3,83 VCC.[0030] The initial voltage at the base of Q1 (in operation) must be in the range of 3.80 to 3.83 VDC.

[0031] A voltagem de saída do Q1 (Vpo) varia de perto de zero até uma voltagem de pico máximo linear com aumento da voltagem de polarização de base, para qualquer carga de circuito de tanque dentro da faixa de CE. A carga do circuito do tanque é a carga vista por uma secundária dos transformadores de sensor. O diodo Zener D6 é usado para limitar a voltagem[0031] The output voltage of Q1 (Vpo) varies from close to zero to a maximum linear peak voltage with increased base polarization voltage, for any tank circuit load within the EC range. The tank circuit load is the load seen by a secondary of the sensor transformers. The Zener D6 diode is used to limit the voltage

9 / 12 de polarização de base de Q1, no caso de uma secundária do transformador de sensor encurtado.9/12 of the base polarization of Q1, in the case of a secondary sensor transformer shortened.

[0032] Qualquer decréscimo na resistência de carga das secundárias de transformadores de sensor (sensoreando uma CE inferior) fará com que o amplificador regulador U3A mantenha a Vpo constante, através do aumento do Vb de Q1, o que resultará no aumento de sua corrente coletora. ALINHAMENTO/CALIBRAÇÃO DA PLACA DE CE[0032] Any decrease in the load resistance of the secondary of sensor transformers (sensing a lower CE) will cause the regulating amplifier U3A to keep the Vpo constant, by increasing the Vb of Q1, which will result in the increase of its collecting current . CE PLATE ALIGNMENT / CALIBRATION

[0033] Com o sensor de CE de interesse em funcionamento: prover + 9 VCC para o pino 1, da U1, do regulador de voltagem de + 5 VCC.[0033] With the CE sensor of interest in operation: provide + 9 VDC for pin 1, of U1, of the + 5 VDC voltage regulator.

[0034] O micro de CE determinará a temperatura na placa de CE, através da comparação da voltagem versus temperatura para o sensor de temperatura da placa, contra a voltagem medida real do sensor de temperatura.[0034] The CE micro will determine the temperature on the CE plate, by comparing the voltage versus temperature for the plate temperature sensor, against the actual measured voltage of the temperature sensor.

[0035] Uma vez que a temperatura atual na placa for determinada, uma outra tabela de consulta proverá a voltagem de compensação de temperatura que precisa ser medida no pino 3, do U3A.[0035] Once the current temperature on the plate has been determined, another query table will provide the temperature compensation voltage that needs to be measured on pin 3 of the U3A.

[0036] Aplicar uma voltagem ao ânodo de D3, a qual é a combinação da voltagem de compensação de temperatura de + 0,6 volts, enquanto que o pino de monitoramento 3 é do U3A. Isto define a voltagem de compensação de temperatura para a temperatura atual de placa.[0036] Apply a voltage to the anode of D3, which is the combination of the temperature compensation voltage of + 0.6 volts, while the monitoring pin 3 is from U3A. This sets the temperature compensation voltage to the current plate temperature.

[0037] A voltagem inicial na base do Q1 (em funcionamento) deve estar na faixa de 3,80 a 3,83 VCC.[0037] The initial voltage at the base of Q1 (in operation) must be in the range of 3.80 to 3.83 VDC.

[0038] Monitorar a tpl, enquanto a voltagem de sintonização dos diodos D7 e D8 varia, usando-se uma voltagem de partida de 9 VCC (Vbat) no tp2, até que a voltagem no tpl seja 3,80 a 3,83 VCC.[0038] Monitor the tpl, while the tuning voltage of diodes D7 and D8 varies, using a starting voltage of 9 VDC (Vbat) in tp2, until the voltage in the tpl is 3.80 to 3.83 VDC .

[0039] Usar a tabela de consulta para ajustar DPP1 ao valor de resistência “limpador” associado com 100% de água.[0039] Use the look-up table to adjust DPP1 to the “cleaner” resistance value associated with 100% water.

[0040] Monitorar a tp3, enquanto a voltagem na tp4 varia, até que a[0040] Monitor the tp3, while the voltage in the tp4 varies, until the

10 / 12 voltagem na tp3 (pino 5 do amplificador somador balanceado) seja de 4,00 volts.10/12 voltage at the tp3 (pin 5 of the balanced adder amplifier) is 4.00 volts.

[0041] Verificar que a voltagem no cátodo de D4 é de 0,379 volts.[0041] Check that the voltage at the D4 cathode is 0.379 volts.

[0042] Com o sensor de CE de interesse na solução de CE padrão de extremidade inferior (por exemplo, 300 uS): note que: os valores padrão de CE versus a voltagem no cátodo de D4 devem ser preferivelmente em incrementos de 20 uS (150 uS a 1800 uS).[0042] With the CE sensor of interest in the standard lower-end EC solution (for example, 300 uS): note that: the standard EC values versus the voltage at the D4 cathode should preferably be in increments of 20 uS ( 150 uS to 1800 uS).

[0043] Ajustar a voltagem no pino 5 do U2B até que a voltagem no cátodo de D4 meça o valor correspondente de uma tabela de consulta da solução de CE de extremidade inferior padrão. A voltagem correspondente no cátodo de D4 é escalonada até que seja compatível com a voltagem de entrada do microprocessador.[0043] Adjust the voltage on pin 5 of the U2B until the voltage at the D4 cathode measures the corresponding value of a standard lower end EC solution lookup table. The corresponding voltage at the D4 cathode is scaled until it is compatible with the input voltage of the microprocessor.

[0044] Com o sensor de CE de interesse em uma solução de CE padrão de extremidade superior (1800 uS):[0044] With the CE sensor of interest in a standard upper end EC solution (1800 uS):

[0045] Usar um valor de solução de CE padrão de extremidade superior, por exemplo, 1800 uS, medir a voltagem no cátodo de D4, e comparar a tabela de consulta de soluções de CE versus a voltagem no cátodo de D4.[0045] Use a standard high end EC solution value, for example 1800 uS, measure the voltage at the D4 cathode, and compare the EC solutions lookup table versus the voltage at the D4 cathode.

ESTABLISHMENT OF A LOCAL EC STANDARD

[0046] Antes da instalação da sonda no solo, pode-se fazer calibração inicial, usando irrigação local ou água de torneira, com uma CE conhecida.[0046] Before installing the probe on the ground, an initial calibration can be done, using local irrigation or tap water, with a known EC.

[0047] Em funcionamento, R100, um potenciômetro digital, é ajustado até que o cátodo de D4 leia 0,0.[0047] In operation, R100, a digital potentiometer, is adjusted until the cathode of D4 reads 0.0.

[0048] Com o sensor de CE mais baixo da água na CE conhecida, ajustar R100, o recipiente digital, para o valor de salinidade conhecido.[0048] With the lowest water EC sensor in the known EC, set R100, the digital container, to the known salinity value.

[0049] Este valor de CAL será transferido para todas as outras seções de CE. MEDIÇÕES AUTOMÁTICAS INSTALADAS (NO SOLO)[0049] This CAL value will be transferred to all other EC sections. AUTOMATIC MEASUREMENTS INSTALLED (ON THE GROUND)

11 / 1211/12

[0050] O micro comunicar-se-á com o chip do monitor de sensor de temperatura/conversor digital, usando um enlace de comunicação serial, e o circuito de medição do sensor de CE.[0050] The micro will communicate with the temperature sensor monitor / digital converter chip, using a serial communication link, and the CE sensor measurement circuit.

[0051] A placa de M/T/CE (umidade/temperatura/CE) será normalmente desenergizada até que o micro proveja uma voltagem de bateria de + 3,6VCC para o conversor de cc para cc, que proverá +9 VCC e +5 VCC para o circuito da placa.[0051] The M / T / CE (humidity / temperature / CE) plate will normally be de-energized until the PC provides a battery voltage of + 3.6VDC for the DC to DC converter, which will provide +9 VDC and + 5 VDC for the board circuit.

[0052] O micro irá então permitir medições de temperatura e umidade e usar estas medições para produzir medição de CE de temperatura compensada no nível (n), onde n = 1 a 15.[0052] The micro will then allow measurements of temperature and humidity and use these measurements to produce EC measurement of temperature compensated at level (n), where n = 1 to 15.

[0053] O micro proverá um valor em % de umidade para cada nível no qual uma medição de CE deve ser feita (em formato digital).[0053] The micro will provide a value in% of humidity for each level at which a CE measurement must be made (in digital format).

[0054] O micro aplicará uma voltagem de temperatura para ambos os circuitos de medição de umidade e de CE e usará a temperatura medida em cada nível. O sensor de temperatura interno do chip compensará automaticamente as mudanças de temperatura do chip.[0054] The micro will apply a temperature voltage to both humidity and EC measurement circuits and use the temperature measured at each level. The chip's internal temperature sensor will automatically compensate for the chip's temperature changes.

[0055] As voltagens do sensor de temperatura externa serão usadas com uma tabela de consulta para determinar a temperatura de medição necessária para ser aplicada no pino 3, de U3A.[0055] The voltages of the external temperature sensor will be used with a reference table to determine the measurement temperature necessary to be applied on pin 3, of U3A.

[0056] O micro verificará que o valor da % de umidade é de pelo menos 85%, ou a medição de CE não será feita, e um erro será enviado.[0056] The computer will verify that the% humidity value is at least 85%, or the CE measurement will not be made, and an error will be sent.

[0057] Uma tabela de consulta será usada para ajustar o DPP1 ao valor de resistência do “limpador” associado com o valor de umidade percentual.[0057] A look-up table will be used to adjust DPP1 to the resistance value of the “cleaner” associated with the percentage humidity value.

[0058] As voltagens medidas no cátodo de D4, estas são as voltagens equivalentes de voltagem da CE nos solos no nível do sensor especificado.[0058] The voltages measured at the D4 cathode, these are the equivalent voltage voltages of the EC on the ground at the specified sensor level.

[0059] O procedimento será repetido para cada sensor de CE especificado adicional, e usando a % de umidade no sensor, provida pelo chip do monitor de sensor de temperatura/conversor digital.[0059] The procedure will be repeated for each additional specified CE sensor, and using the% humidity in the sensor, provided by the temperature sensor monitor / digital converter chip.

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[0060] Quando as medições são completadas, o micro indicará o fim das medições, e desenergizará a placa.[0060] When the measurements are completed, the micro will indicate the end of the measurements, and will de-energize the plate.

[0061] Há várias vantagens associadas à invenção. A título de exemplo, mas não de limitação: a sonda pode fazer medições diretas de valores de CE absolutos, sem a necessidade de interpolar dados medidos.[0061] There are several advantages associated with the invention. As an example, but not a limitation: the probe can make direct measurements of absolute CE values, without the need to interpolate measured data.

[0062] As medições de CE relatadas são lineares.[0062] The reported EC measurements are linear.

[0063] As medições de CE relatadas são lineares para cada sensor.[0063] The reported EC measurements are linear for each sensor.

[0064] As medições de CE podem ser feitas em qualquer tipo de solo, ou combinações de solos não homogêneos.[0064] EC measurements can be made on any type of soil, or combinations of non-homogeneous soils.

[0065] As medições de CE podem ser feitas em diversas profundidades de solo, simultaneamente, com cada sensor de solo estando em uma composição de solo única.[0065] EC measurements can be made at different soil depths, simultaneously, with each soil sensor being in a unique soil composition.

[0066] As medições de CE podem ser realizadas continuamente, ou em intervalos de tempo fixos.[0066] EC measurements can be performed continuously, or at fixed time intervals.

[0067] Uma ampla faixa de medição de CE pode ser feita, de 20 microsiemens a 20.000 microsiemens.[0067] A wide EC measurement range can be made, from 20 microsiemens to 20,000 microsiemens.

[0068] Os sensores de sonda e circuito são compensados em temperatura para ambas as funções de umidade e de CE.[0068] The probe and circuit sensors are temperature compensated for both humidity and EC functions.

[0069] Tendo assim descrito a presente invenção com referência a determinadas modalidades preferidas da mesma, nota-se que as modalidades descritas são de natureza ilustrativa, e não limitadora, e que uma ampla faixa de variações, modificações, mudanças e substituições é contemplada na descrição acima e, em alguns casos, algumas características da presente invenção podem ser empregadas sem o uso correspondente das demais características. Muitas das tais variações e modificações podem ser consideradas óbvias e desejáveis por aqueles versados na técnica com base em uma revisão da descrição de modalidades preferidas anterior. Consequentemente, é apropriado que as reivindicações anexas sejam interpretadas amplamente e de uma maneira consistente com o escopo da invenção.[0069] Having thus described the present invention with reference to certain preferred modalities thereof, it is noted that the described modalities are of an illustrative nature, and not limiting, and that a wide range of variations, modifications, changes and substitutions is contemplated in the described above and, in some cases, some features of the present invention can be used without corresponding use of the other features. Many of such variations and modifications can be considered obvious and desirable by those skilled in the art based on a review of the description of preferred embodiments above. Consequently, it is appropriate for the appended claims to be interpreted broadly and in a manner consistent with the scope of the invention.

Claims

1. Probe sensor to directly measure the electrical conductivity of the soil, the probe sensor characterized by the fact that it comprises multiple sensors, which are capable of measuring the humidity, temperature and electrical conductivity (“CE”) of the soil, the sensors being configured to use radiofrequency (“RF”) transformers to sense changes in load through the primary of the transformer, which will make direct contact with the ground, the probe sensor comprising a tube that has an outer wall and an inner wall; an electrical conductivity plate (“CE”) mounted on the tube; a microprocessor mounted on the CE plate; a plurality of gloves positioned outside the outer wall of the probe and configured as a primary of the radiofrequency transformer (“RF”) of CE sensor, in which the glove defines two longitudinal slits, each on opposite sides of the tube, in which each sleeve is electrically coupled to the CE plate; a plurality of temperature sensors mounted on the tube interposed between the inner wall and the outer wall of the tube, wherein one of the plurality of temperature sensors is positioned next to a correspondent of the plurality of gloves, where each temperature sensor is electrically coupled to the microprocessor; and a plurality of humidity sensors mounted on the tube interposed between the inner wall and the outer wall of the tube, wherein one of the plurality of humidity sensors is positioned next to a correspondent of the plurality of gloves, where each temperature sensor is electrically coupled to the microprocessor.

2. Probe according to claim 1, characterized by the fact that it additionally comprises a radio coupled to the microprocessor to receive signals from the microprocessor and to transmit the signals.

3. Probe according to claim 1, characterized by the fact that the tube is made of PVC.

4. Probe according to claim 1, characterized by the fact that the plurality of gloves is made of stainless steel.

5. Probe according to claim 1, characterized by the fact that the plurality of gloves is electrically coupled for grounding.

6. Probe according to claim 1, characterized by the fact that temperature compensated phase capture mesh (“PLL”) circuits are used by the CE plate to measure soil CE values.

7. Method for directly measuring the electrical conductivity of the soil, the method characterized by the fact that it comprises the use of radiofrequency (“RF”) transformers to sense changes in the load through a transformer primary, which makes direct contact with the middle.

8. Method according to claim 7, characterized by the fact that the medium is soil.